应用FRP环向围束抗震加固钢筋混凝土柱设计对策研究

摘要

纤维增强复合材料(FRP)具有轻质高强、耐腐蚀、易操作、施工周期短等优点,是一种易行、高效、耐久的新型加固材料。试验表明,FRP环向围束可显著提高钢筋混凝土柱的延性,增强其抗震性能。在现有的FRP加固设计中大多是采用总体体积配箍率来控制钢筋混凝土柱的延性进行设计,但FRP环向围束加固柱端塑性铰区的工作机理及其破坏模式与单纯钢箍加密区存在显著差异。而该项技术设计理论的发展却严重滞后于已完成的大量试验工作。
　　 本文通过能够全面反映加固柱配筋构造、材料特性的三维实体精细化有限元模型的仿真分析,对FRP环向围束加固钢筋混凝土柱的抗震性能和不同纤维种类及用量、截面形式、混凝土强度等级等因素进行了分析研究。研究表明:采用FRP环向围束加固钢筋混凝土柱能够显著提高构件的抗震性能。混凝土强度等级、箍筋用量主要决定未加固柱的延性,对加固柱延性影响不大,加固柱延性的大小主要由纤维用量决定。且对柱端塑性铰区进行FRP围束能够有效提高其抗震性能,其加固效果与FRP沿柱高全长围束相近。不同截面形式FRP加固柱,圆形截面加固柱的抗震性能最好,矩形截面柱,随着截面高宽比的增大,抗震加固效果越差。而对于不同种类的FRP抗震加固效果,芳纶纤维增强复合材料最好,碳纤维增强复合材料次之,在截面高宽比较高时尤为明显。
　　 此外,在大量有限元计算结果及全面检索获得的试验数据的基础上,对FRP环向围束加固钢筋混凝土柱抗震性能有别于未加固对比柱的影响因素及工作机理进行了详细分析,并在此基础上提出了位移延性系数的计算模型,运用检索所得数据分别对圆形和矩形截面加固柱进行回归分析。经试验数据计算验证,该回归公式较现有计算公式有较高的精度,能较准确的反映构件实际的延性大小。为现有FRP环向围束抗震设计技术规程相关条文的修订提供了理论依据,对FRP加固钢筋混凝土柱实际工程的抗震设计具有重要参考价值。